Устройство плавного пуска для чего нужно
Зачем нужны устройства плавного пуска?
Устройство плавного пуска двигателя является механизмом, который сдерживает повышение пусковых характеристик. Он способен смягчить процессы запуска и остановки мотора, оберегая его от чрезмерного нагрева и рывков, повышает период эксплуатации. Используется лишь в асинхронниках.
Плавные пуски используются при запуске, работе и остановке электродвигателя.
Они используются по такому назначению:
— плавно разгоняют двигатель;
— плавно останавливают двигатель;
— снижают пусковой ток;
— согласовывают крутящий момент движка с моментом нагрузки;
При пуске электродвигателя, токи пуска могут превысить номинальное значение в 6-8 раз, из-за чего, в электросети падает напряжение. Это может негативно повлиять на остальных потребителей сети, а если его значение будет очень высоким, то сам движок может и вовсе не включиться. Плавный пуск же наращивает пусковые токи от нуля до номинального значения двигательного агрегата постепенно, за некоторый временной интервал. В самом плавном пуске, ток ограничивается за счет плавного увеличения напряжения на обмотках электрического двигателя. За счет этого, удерживаются параметры электродвигателя в безопасных интервалах. Грамотно подобранный плавный пуск повышает долговечность двигателя путем: ликвидации рывков в механической части движка и чрезмерного нагрева обмоток. Он устраняет гидравлические удары в трубах и задвижках, повышает безопасность электрического двигателя, и достигает экономического эффекта путем экономии электричества. К тому же, это позволяет ввести в систему АСУ и достичь экономии человеческого и временного ресурса.
Оснащать электрический двигательный агрегат плавным пуском или нет – ваше дело, если только он не заканчивает работу на полпути до разгона. Но знайте, что в развитых странах не позволительно запускать двигатели мощностью свыше 15000 Ватт без наличия стартсофтера. Желание экономить на устройствах плавного пуска чревато ранним износом движка. Если нет желания тратить лишние деньги, то просто поставьте устройство самостоятельно, но купите его в обязательном порядке.
При выборе УПП нужно учитывать требования к механизму и характеристикам электрического двигателя. Характеристики изготовителя приведены в руководстве по эксплуатации. Ошибки в процессе подбора должны быть исключены, так как это может привести к нарушению работы устройства. Важно учитывать интервал скоростей, дабы выбрать наилучшее сочетание частотного преобразователя и двигательного агрегата.
Надеемся, данная статья была Вам полезна. Если у Вас есть вопросы, Вы можете задавать их нашим специалистам.
Устройство плавного пуска
2021-09-29 
Промышленное 
6 комментариев
Устройства плавного пуска (Софт-стартеры) предназначены для плавного разгона и торможения электродвигателей, ограничения пусковых токов в момент запуска и согласования момента нагрузки с крутящим моментом двигателя.
Не секрет, что асинхронные двигатели, при запуске, имеют высокие значения пусковых токов, превышающие в 6-8, а в некоторых случаях даже в 10 раз, номинальный ток и существенное увеличение крутящего момента, что негативно влияет на работу самих двигателей. Кроме того, это приводит к просадке напряжения питающих сетей, что в свою очередь сказывается на работе другого электрооборудования.
Есть несколько вариантов решения данной проблемы. Чаще всего для этого используется подключение двигателя по схеме “Звезда-Треугольник”, через устройства плавного пуска и преобразователи частоты. В данной статье рассматривать будем только УПП, но вкратце расскажу и о двух других вариантах.
Запуск по схеме звезда-треугольник осуществляется следующим образом — в начальный период разгона двигателя, его обмотки соединены звездой, что обеспечивает пониженный ток. По истечении определенного времени, задаваемого реле выдержки времени, происходит переключение на «треугольник», что обеспечивает полный ток и крутящий момент.
Данный способ эффективен при пуске двигателя либо без нагрузки, либо при легком пуске. При запуске двигателя под большой нагрузкой этот метод неприменим. Также данная схема может использоваться только с двигателями, у которых обмотки рассчитаны на напряжение сети 380/660В.
Использование преобразователей частоты позволяет добиться того, что двигатель уже в момент запуска будет работать на номинальном токе и с номинальным крутящим моментом. Также использование частотного привода позволяет осуществлять плавный останов двигателя, в отличии от схемы звезда-треугольник, где единственным способом остановки может быть только прямой останов.
Применение частотного преобразователя оправдано в тех случаях, когда требуется управление регулированием скорости двигателя. Если же регулирование не требуется, то в этом случае оптимальным решением будет применение устройств плавного пуска.
Благодаря этим устройствам, удается избежать проблем, связанных с запуском, обеспечивается плавный пуск двигателей с ограничением пускового тока и углового ускорения, регулировка времени разгона и торможения двигателя. Все это способствует увеличению срока службы оборудования и стабилизации напряжения в сетях.
Кроме того, в софт-стартеры встроены целый ряд различных функций защит —
Несмотря на то, что устройства плавного пуска выпускаются большим количеством различных фирм — производителей и у каждого есть свои особенности, общий принцип работы устройства одинаков для всех. И заключается он в регулировании действующего значения выходного напряжения.
В момент запуска электродвигателя софт стартер ограничивает питающее напряжение (30 — 60 % от номинального напряжения), затем постепенно наращивая его до номинала. При этом снижается пусковой ток и скорость его нарастания, увеличивается время пуска двигателя. Такой тип запуска позволяет также уменьшить и пусковой момент на валу.
Также как и частотные преобразователи, устройства плавного пуска позволяют осуществить плавный останов двигателя, что в свою очередь способствует предотвращению гидроударов в системах водоснабжения, повреждению материалов на ленточных конвейерах и т.д.
Устройство и принцип действия софт стартеров
Регулирование действующего значения напряжения осуществляется при помощи тиристорных модулей, которые в свою очередь управляются микропроцессором, расположенным на плате управления. В зависимости от типа софт-стартера, может осуществляться регулировка напряжения в двух фазах, обычно такая схема реализована в более бюджетных вариантах, либо в трех фазах.
В первом случае встречно-направленные тиристоры устанавливаются в первой и третьей фазах– по два. Один из тиристоров предназначен для положительного полупериода, второй – для отрицательного. В третьей фазе, которая условно называется неуправляемой, значение тока равно сумме значений тока в первых двух фазах (управляемых). При такой схеме, напряжение одной фазы все время будет присутствовать на двигателе.
Более функциональным является регулирование напряжения в трех фазах. В данном случае можно строить различные кривые разгона, управлять моментом, реализовать функцию энергосбережения.
При пуске сигнал приходит на тиристоры таким образом, чтобы проходила только последняя часть каждого полупериода синусоидального напряжения. Далее сигнал поступает все раньше, в соответствии с установленным временем разгона, и все большее напряжение будет проходить через тиристоры. В конце концов сигнал отправляется точно после прохождения нуля, после чего через тиристоры проходит уже полное напряжения. После разгона, тиристоры находятся в открытом состоянии, а сетевое напряжение приходит на клеммы двигателя.
При плавном останове происходит обратный процесс. Изначально тиристоры пропускают полное напряжение, а при начале останова уменьшают его в соответствии с установленным временем.
Помимо тиристорных модулей и платы управления, устройство плавного пуска может иметь также встроенное реле перегрузки, измерительные трансформаторы тока, термисторную защиту, дисплей и клавиатуру, радиатор и вентиляторы, интерфейсы связи.
Многие устройство плавного пуска имеют встроенный байпасный контактор в главной цепи, что является вообще отличительной особенностью данного вида устройств. Если встроенный байпас не предусмотрен, то рекомендуется использовать обычные внешние контакторы.
Байпас – это шунтирующий, обходной путь, создаваемый в обход некоторых участков или элементов электрической цепи.
Байпасный контактор применяется для подключения двигателя напрямую к питающей сети, по окончанию процесса запуска, после того, как УПП разгонит двигатель на номинальные обороты и необходимость в нем отпадает. При торможении, контактор отключится и двигатель снова подключается к устройству плавного пуска.
Такая схема связана с тем, что при работе устройства плавного пуска его силовые элементы, в частности тиристоры, сильно нагреваются, что приводит, во первых, к выделению тепла, которое необходимо где-то рассеивать, а во вторых, к преждевременному выходу их из строя. Можно конечно использовать дополнительный теплоотвод (радиаторы, вентиляторы), но это ведет к увеличению габаритных размеров, цены. А так, как софт-стартер нужен только в момент запуска, то получается, что проще будет вывести его из работы на то время, пока двигатель работает в номинальном режиме.
Выбор устройства плавного пуска
При выборе УПП определяющим является номинальный ток двигателя и условия запуска.
При легком и нормальном пуске, например, при работе с центробежными насосами, компрессорами, мощность УПП выбирается такой же, как и мощность подключаемого двигателя, можно с небольшим запасом.
При тяжелом пуске под нагрузкой, или повышенной частоте запусков, желательно выбирать более мощный УПП, на один типоразмер больше. Также это относится к работе устройств в условиях тяжелой эксплуатации, в частности повышенной температуры окружающей среды.
Повышенной частотой запусков считается более 10 запусков в час.
На этот показатель влияют несколько факторов, таких как ток нагрузки, температура, время пуска и коэффициент продолжительности включения, который определяет, как долго УПП работает, по сравнению с общим временем цикла.
Ниже в таблице приведены режимы пуска, в зависимости от типа нагрузки. Эти данные подойдут для предварительного выбора, для более точного подбора оборудования, рекомендую воспользоваться программами конфигураторами для выбора устройств плавного пуска, такими например, как ABB ProSoft, или Win-Soft Starter для Siemens.
Подключение устройства плавного пуска
Существуют две схемы подключения устройств. В первую очередь это линейное подключение, которое можно сказать, является стандартным и подключение внутри треугольника. Сразу надо уточнить, что по второй схеме можно подключать не все устройства плавного пуска.
Линейный способ подключения наиболее распространенный, все устройства в цепи (коммутационные аппараты защиты, разъединения) в данном случае подключаются просто последовательно с УПП. Двигатель может быть подключен по схеме «звезда» или «треугольник».
В схеме подключения внутри треугольника фазы устройства плавного пуска соединяются последовательно с отдельными обмотками двигателя. Когда УПП находится внутри треугольника, через него проходит только 58 % от номиналь-
ного тока. Поэтому в данном случае, для экономии, можно уменьшить типоразмер устройства. Но при этом придется использовать для соединения УПП и двигателя 6 проводников, в отличии от линейной схемы, где необходимо 3 провода.
Важно учитывать, что при подключении внутри треугольника нельзя использовать устройства плавного пуска, которые регулируют напряжение только в двух фазах из трех.
В остальном подключение софт стартера не сильно отличается от подключения того же частотного преобразователя.
Питание на входные силовые клеммы R,S,T, которые могут быть также обозначены как L1,L2,L3 и шунтирующий контактор КМ, приходит с автоматического выключателя QF, вместо которого могут также использоваться предохранители.
Двигатель подключается к выходным силовым клеммам U,V,W.
После плавного пуска двигателя, софт стартер отключится, с клемм 1 и 2 поступает сигнал на катушку байпасного контактора, силовые контакты КМ замкнутся и двигатель будет работать напрямую от сети.
Клеммы 7,8,9 и 10 относятся к цепям ручного запуска и останова УПП. Кнопка Пуск подключается на 9 клемму, кнопка Стоп на 8. На 7 клемму подключена кнопка аварийного останова (грибок). Плавный пуск электродвигателя начинается при кратковременном нажатии кнопки Пуск, а при нажатии Стоп, начинается процесс останова. Аварийный стоп обеспечивает мгновенный останов двигателя.
Программируемый релейный выход 3 и 4 можно использовать для вывода статуса состояния УПП (работа, готовность, неисправность, разгон). В настройках можно задать временную задержку на срабатывание.
Аналоговый выход 11,12 можно использовать для измерения действующего значения тока двигателя. Может подключаться к внешнему амперметру.
Настройка устройства плавного пуска
После того, как все электрические цепи будут подключены, для корректной работы УПП необходимо еще задать некоторые настройки, которые зависят от типа нагрузки, характеристик двигателя, длительности нагрузки на двигатель и т. д.
Настраиваемых параметров в УПП обычно довольно много, но из основных можно выделить:
Примерные значения данных параметрах представлены в таблице, но для каждого отдельного случая, возможно, эти настройки придется скорректировать.
Устройство плавного пуска электродвигателя. Пример применения
Устройство плавного пуска ABB PSR-25-600
Всем привет! Сегодня будет статья, в которой показан реальный пример использования устройства плавного пуска (мягкого пускателя) на практике. Плавный пуск электродвигателя установлен мною на реальном устройстве, приводятся фото и схемы.
Что это за устройство, я ранее подробно рассказывал в статье про мягкий пускатель. Напоминаю, что мягкий пускатель и устройство плавного пуска суть одно и то же устройство. Названия эти берутся от английского Soft Starter. В статье я буду называть этот блок и так, и эдак, привыкайте). Информации по устройствам плавного пуска в интернете достаточно, рекомендую также почитать здесь.
Моё мнение по пуску асинхронных двигателей, подтвержденное многолетними наблюдениями и практикой. При мощности двигателя более 4 кВт стоит подумать, чтобы обеспечить плавный разгон двигателя. Это нужно при тяжелой, инерционной нагрузке, которая как раз и подключается на вал такого двигателя. Если двигатель используется с редуктором, то ситуация полегче.
Простейший и самый дешевый вариант плавного пуска – вариант с включением двигателя через схему “Звезда-Треугольник”. Более “плавные” и гибкие варианты – устройство плавного пуска и преобразователь частоты (в народе – “частотник”). Есть ещё древний способ, который уже почти не применяется – двухскоростные двигатели.
Кстати, верный признак того, что двигатель питается через частотник – хорошо слышимый писк с частотой около 8 кГц, особенно на низких оборотах.
Я уже использовал устройство плавного пуска от Schneider Electric, был такой положительный опыт в моей деятельности. Тогда нужно было плавно включать/выключать длинный круговой конвейер с заготовками (двигатель 2,2 кВт с редуктором). Жаль, что фотоаппарата тогда не было под рукой. Но в этот раз всё рассмотрим очень детально!
Зачем понадобился плавный пуск двигателя
Итак, проблема — на котельной есть насосы подпитки котла водой. Всего два насоса, и включаются они по команде от системы слежения за уровнем воды в котле. Одновременно может работать только один насос, выбор насоса осуществляет оператор котельной путем переключения водяных кранов и электрических переключателей.
Насосы приводятся в действие обычными асинхронными двигателями. Асинхронные двигатели 7,5 кВт включаются через обычные контакторы (магнитными пускателями). А поскольку мощность большая, то пуск очень жесткий. Каждый раз при пуске возникает ощутимый гидроудар. Портятся и сами двигатели, и насосы, и гидросистема. Иногда такое ощущение, что трубы и краны сейчас разлетятся вдребезги.
Кроме того, когда котёл остывший, и в него резко подается горячая вода (более 95 °С), то происходят неприятные явления, напоминающие взрывообразное бурление. Бывает и наоборот, воду с температурой 100 °С можно назвать холодной – когда в котле находится сухой пар с температурой почти 200 °С. В этом случае тоже происходят вредные гидроудары.
Всего на котельной два идентичных котла, но во втором установлены частотники на насосы. Котлы (точнее, парогенераторы) вырабатывают пар с температурой более 115 °С и давлением до 14 кгс/см2.
Жаль, что конструкцией котла в электросхеме не предусмотрено было плавное включение двигателей насоса. Хотя котлы итальянские, на этом было решено сэкономить…
Повторюсь, что для плавного включения асинхронных двигателей мы имеем на выбор такие варианты:
В данном случае необходимо было выбрать тот вариант, при котором бы было минимальное вмешательство в рабочую схему управления котлом.
Дело в том, что любые изменения в работе котла должны быть обязательно согласованы с производителем котла (либо сертифицированной организацией) и с надзорной организацией. Поэтому изменения должны быть внесены незаметно и без лишнего шума. Хотя, в систему безопасности я не вмешиваюсь, поэтому тут не так строго.
Мои постоянные читатели знают, что теперь, после сдачи экзаменов в Ростехнадзоре, я имею полное право выполнять работы по КИПиА в котельной.
Выбор устройства плавного пуска
Для начала посмотрим на шильдик двигателя:
Двигатель насоса, который подключается к схеме плавного пуска
Мощность двигателя – 7,5 кВт, обмотки соединены в схему “треугольник”, номинальный потребляемый при этом ток – 14,7А.
Вот как выглядела система пуска (“жёсткая”):
Система прямого пуска двигателей насосов
Напоминаю, что у нас два двигателя, и запускаются они контакторами 07КМ1 и 07КМ2. Контакторы снабжены блоками дополнительных контактов – для индикации и контроля включения.
В качестве альтернативы было выбрано устройство плавного пуска ABB PSR-25-600. Его максимальный ток – 25 Ампер, так что запас у нас хороший. Особенно, если учесть, что работать придётся в тяжелых условиях – количество пусков/стопов, высокая температура. Фото – в начале статьи.
Вот наклейка на софтстартере с параметрами:
Soft Starter ABB PSR-25-600 – параметры
Установка УПП
Примерил для начала:
Пробная установка блока плавного пуска
По высоте подходит один в один, по ширине тоже, только длина чуть больше, но место есть.
Теперь вопрос по цепям управления. Контакторы в исходной схеме включались напряжением 24 VAC, а наши АББ управляются напряжением минимум 100 VAC. Налицо необходимость промежуточного реле либо изменения напряжения питания цепи управления.
Однако, на официальном сайте ABB я нашёл схему, где показано, что это устройство способно работать и при 24 VAC. Попытал счастья – не получилось, не запускается…
Что же, ставим промежуточное реле, которое приводит напряжение к нужному уровню:
Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей
Вот с другого ракурса:
Пример монтажа системы плавного пуска электродвигателей
Вот и всё. Промежуточные реле обозвал 07КМ11 и 07КМ21. Кстати, они также нужны и для дополнительных цепей. Через них включаются индикаторы, и сухие контакты для внешнего устройства (пока не используются, в старой схеме – оранжевые провода).
Когда хотел управление использовать напрямую, без реле (24 VAC), планировал индикаторы включения пустить через контакты Com – Run, которые теперь остались неиспользованные.
Схемы плавного пуска
Вот исходная схема.
Схема жесткого пуска двигателей, через контакторы (исходная)
А вот как нехитро я изменил схему:
Схема с плавным пуском двигателей на софтстартерах
По настройкам – коротко. Тут три регулировки – время разгона, время замедления, и начальное напряжение.
Можно было бы использовать одно устройство плавного пуска, и контакторы выбора двигателя (переключать одно устройство на два двигателя). Но это усложнит и сильно изменит схему, и понизит надежность. Что для такого стратегического объекта, как котельная, очень важно.
Осциллограммы напряжения
Орешек знанья твёрд, но всё же
мы не привыкли отступать!
Нам расколоть его поможет
киножурнал «Хочу всё знать!»
Собрать схему отверткой всякий может. А для тех, кто хочет увидеть напряжение и понять, какие реальные процессы происходят, без осциллографа не обойтись. Публикую осциллограммы на выходе 2Т1 устройства плавного пуска.
Двигатель выключен. Чистый синус.
Не правда ли, логическая нестыковка – двигатель выключен, а напряжение на нём есть?! Это особенность некоторых устройств мягкого пуска. Неприятная и опасная. Да, на двигателе есть напряжение 220В, даже когда он стоит.
Дело в том, что управление происходит только по двум фазам, а третья (L3 – T3) подключена к двигателю напрямую. А так как тока нет, то на всех выходах устройства действует напряжение фазы L3, которое проходит через обмотки двигателя. Та же ерунда бывает и в трехфазных твердотельных реле, вот моя статья.
Будьте осторожны! При обслуживании двигателя, подключенного к устройству мягкого пуска, отключайте вводные автоматы, и проверяйте отсутствие напряжения!
Запуск. Тиристоры режут фазу нещадно.
Поскольку нагрузка индуктивная, то синусоида не только режется на куски, но и сильно искажается.
Помеха прёт, и это надо учитывать – возможны сбои в работе контроллеров и другой слаботочки. Чтобы это влияние уменьшить, надо разносить и экранировать цепи, устанавливать дроссели на входе, и др.
Двигатель почти включен. Около 90% от энергии синуса.
Фото сделано да пару секунд до того, как включился внутренний контактор (байпас), который подал полное напряжение на двигатель.
Видео про работу и настройку УПП ABB
Фото корпуса
Ещё небольшой бонус – несколько фото внешнего вида устройства плавного пуска ABB PSR-25-600.
ABB PSR-25-600 – вид снизу
Опция – разъем и крепления для подключения вентилятора охлаждения, в случае больших нагрузок
ABB PSR-25-600 – входные силовые клеммы и клеммы питания и управления.
Крепёж на ДИН-рейку. Надежный и качественный, как и вся продукция ABB.
Пока всё, вопросы и критика в комментариях по плавному пуску электродвигателей приветствуются!
Скачать инструкции и другие файлы по софтстартерам и двигателям
Если тема интересует более глубоко, рекомендую ознакомиться с литературой, приведенной на странице Скачать.
Вот одна из книг, приведенных там:
Инструкции и описания софтстартеров различных фирм – известных и бюджетных.
Ещё пособие по двигателям:
• Пуск и защита двигателей переменного тока / Пуск и защита двигателей переменного тока. Системы пуска и торможения двигателей переменного тока. Устройства защиты и анализ неисправностей двигателей переменного тока. Руководство по выбору устройств защиты. Руководство от Schneider Electric, pdf, 1.17 MB, скачан: 1914 раз./
На сегодня всё, задавайте вопросы в комментариях!